■ 100% 자연분해 바이오 플라스틱 가소제 개발

 

■ 100% 자연분해 바이오 플라스틱 가소제 개발

 

● 화학연, 바이오 플라스틱 제조 때 쓰이는 천연소재 개발

 

국내 연구진이 친환경 생분해성 바이오 플라스틱 제조에 투입되는 석유 화학 연료를 대체할 수 있는 천연 소재를 개발했다. 100% 완전 분해되는 바이오 플라스틱 생산을 할 수 있고 제조 과정에서 발생하는 탄소량을 최소화할 수 있어 향후 상업화를 더욱 촉진할 수 있는 기폭제가 될 전망이다. 한국화학연구원은 신지훈 환경자원연구센터 박사 연구팀은 친환경 생분해성 플라스틱 고분자로 주목받고 있는 폴리락타이드(polylactide. PLA)의 깨지기 쉬운 기존의 단점을 보완할 수 있는 지속 가능 원료 기반 생분해성 가소제 개발에 성공했다고 2021년 10월 27일 밝혔다.

 

분해가 되지 않는 일반 일회용 플라스틱의 대체재인 생분해성 플라스틱 중 ’PLA‘(polylactide)는 가장 많이 생산돼 안정적으로 산업화를 진행한 소재이다. 인체에 해가 없는 PLA(polylactide)는 사용 후 일정 조건에서 완전 분해 가능한 친환경 소재로써, 2025년까지 약 7조원, 약 150만 톤 이상 규모로 매년 20-30%씩 PLA 시장이 성장할 것으로 예상된다. 문제는 PLA(polylactide) 가공시 딱딱하고 부서지거나 찢어지기 쉬운 단점을 보완하기 위해서 석유화학 기반 원료인 가소제가 사용되었다는 것이다. 이 가소제는 분해되지 않아 결국 탄소를 배출하게 되는 결과를 낳게 되어 PLA(polylactide)에 적합한 유연성을 부여하면서도 생분해되는 가소제 제조기술 개발이 절실한 상황이었다.

 

연구팀은 PLA(polylactide) 중합 (고분자 제조를 위한 반복 반응)시, 기존에 활용되는 단량체인 락타이드를 활용해 PLA(polylactide)와 잘 섞일 수 있는 락타이드 올리고머(lactide oligomer)를 무(無)용매 친환경 제조 공정을 이용해 합성했다. 100% 생분해되는 PLA(polylactide) 가소제를 최초로 개발한 것이다. 연구팀이 만든 락타이드 올리고머(lactide oligomer)는 PLA(polylactide) 사슬과 같은 구조를 지니고 있어 잘 섞이는 특성으로 인해 PLA(polylactide)와 거의 유사한 투명성을 보여주었다. 특히 28일 후 78% 가량 자연 분해되는 것도 확인했다. 이 가소제를 쓰면, 연신율(늘어나는 성질)을 기존 대비 최대 7배까지 늘려 PLA(polylactide)의 유연성을 확보했다.

 

고(高)유연 상태에서 고무와 같이 늘어났다 줄어드는 특성인 점탄성을 플라스틱에 부여할 수 있는 매우 이례적인 현상도 발견하였다. 연구팀이 개발한 PLA(polylactide)는 이러한 우수한 유연성, 높은 생분해성 및 투명도, 고무와 같은 점탄성 등의 특성으로 종량제 봉투와 같은 생분해성이 요구되는 범용 필름 포장재 분야에도 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 또 고분자 첨가제 개발 관련 원천기술 연구가 미약한 국내 연구 환경에 큰 의미가 있는 것으로 평가된다.

 

이미혜 화학연 원장은 “이번 성과를 통해 탄소 중립 사회로의 도달을 위해 필요한 친환경 생분해성 플라스틱 PLA 가소제 제조 및 유연화 핵심 기술을 확보했다. 향후 PLA 사업화에 관심이 있는 기업과의 상용화 및 제품화에도 기대한다”고 말했다. 이번 연구 결과는 세계 3대 화학회 중 하나인 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발행하는 국제 청정화학 분야 학술지인 ’그린 케미스트리(Green Chemistry)‘ 2021년 10월호에 표지 논문으로 게재됐다.